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Áurea Priscila Campos Barbosa

Biofilmes e Resistência Antibiótica nas Infeções do Trato Respiratório

Superior

Universidade Fernando Pessoa Faculdade de Ciências da Saúde

Porto 2015


Superior

______________________________________

Áurea Priscila Campos Barbosa

Projeto de Pós Graduação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas.

Orientador: Professor Doutor Eurico Monteiro


Superior

Biofilmes e Resistência Antibiótica nas Infeções do Trato Respiratório Superior

i

Resumo

O conceito de biofilme tem por base a descrição que Van Leeuweenhoek efetuou,

usando microscópios simples, ao observar microrganismos na superfície dos seus

próprios dentes, no século XVII. No entanto, a teoria geral da predominância efetiva

destes biofilmes foi promulgada em 1978 (Donlan e Gosterton, 2002).

O desenvolvimento de biofilmes assenta num antigo processo de adaptação dos

procariotas e representa um modo de crescimento que faz com que as bactérias

sobrevivam em ambientes adversos e invadam novos locais (Hall-Stoodley e Stoodley,

2009).

A definição de biofilmes tem evoluído ao longo dos últimos 25 anos. Assim, os

biofilmes são definidos como um grupo de células microbianas que são incorporadas,

por uma matriz de material polissacarídeo com resistência aumentada aos antibióticos e

aos mecanismos de defesa do hospedeiro. Os biofilmes podem formar-se em diversas

superfícies, tais como tecidos vivos, dispositivos médicos e industriais, sistemas de água

potável ou mesmo sistemas aquáticos naturais (Donlan, 2002).

Os biofilmes são importantes reservatórios ambientais para alguns agentes patogénicos,

pelo que o modo de crescimento destes biofilmes pode originar organismos com

vantagens de sobrevivência em ambientes naturais e aumentar até a sua virulência

(Parsek e Singh, 2003).

Palavras-chave: Biofilme, Resistência antibiótica, Infeções trato respiratório, cateter.


ii

Abstract

Biofilms have been described after the observation of micro-organisms on the surface of

your own teeth by Van Leeuweenhoek, using simple microscopes, in the seventeenth

century. However, the general theory of the predominance of biofilms was only

accepted in 1978 (Donlan and Gosterton, 2002).

The development of biofilms is an ancient adaptive prokaryote mechanism and a growth

model that permits bacteria’s survive in adverse environments and invade new locations

(Hall-Stoodley, and Stoodley, 2009).

The definition of biofilms has evolved over the last 25 years. So, biofilms are defined as

a group of microbial cells primarily built of a matrix of polysaccharide material with

increased resistance to antibiotics and host defense mechanisms. Biofilms can be

oberved in several surfaces, such as living tissues, medical and industrial devices,

drinking water or natural aquatic systems (Donlan, 2002).

Biofilms are important as environmental reservoirs for several pathogens whereby the

biofilm type of growth can lead to survival benefits for micro organisms in natural

environments that may increase their virulence (Parsek and Singh, 2003).

Keywords: Biofilm, Antibiotic resistance, Respiratory tract infections,Catheter.


iii

Metodologia

A realização deste trabalho teve como objetivo uma revisão bibliográfica atualizada

acerca da problemática dos biofilmes e o seu papel na resistência antibiótica

designadamente nas infeções do trato respiratório superior, sendo que esta dissertação

de índole teórica estará isenta de qualquer tipo de trabalho prático experimental.

Em termos metodológicos e tendo por base os objetivos delineados, procedeu-se

inicialmente à pesquisa de artigos científicos e outras publicações, num período

compreendido entre os meses de Maio de 2014 e Setembro de 2015, utilizando como

fontes de pesquisa científica: a PubMed, a Science Direct e a b-On e outros motores de

busca tais como, o Google Académico e o AltaVista Search. A escolha destas bases de

dados para pesquisa bibliográfica prende-se com o facto de serem aquelas que em regra

compilam o maior número de artigos científicos recentemente publicados na área da

saúde. As palavras-chave utilizadas na pesquisa foram: biofilme, resistência antibiótica,

infeções trato respiratório, cateter.

Os critérios usados para a seleção dos artigos resultantes da pesquisa científica

incluíram o interesse para o tema, tendo a pesquisa sido limitada a artigos científicos

escritos em inglês, português e espanhol, com data de publicação até 10 anos de recuo a

partir da data do fim da revisão. O conteúdo dos artigos teria de ser relevante e aos

artigos deveriam conter evidências experimentais acerca do tema. Esta foi a base da

recolha do material que conduziu à elaboração desta tese.


iv

Agradecimentos

Ao Professor Doutor Eurico Monteiro pela sua dedicada orientação, pelo apoio,

disponibilidade e compreensão e cuja profunda experiência e saber muito valorizaram

esta monografia.

Aos meus amigos, que sempre me apoiaram e deram motivação para ultrapassar todas

as dificuldades ao longo destes anos.

O maior agradecimento é dirigido aos meus pais, ao meu namorado e aos pais do meu

namorado, que estão sempre presentes com o seu amor e incentivo, proporcionando-me

ainda os meios para poder progredir.


v

Índice Geral Sumário Abstract Metodologia Agradecimentos Índice de Figuras Índice de Tabelas Abreviaturas 1. Introdução

1.1. Mecanismo de formação dos biofilmes

2. Resistência aos antibióticos 2.1. Estratégias de prevenção da formação do biofilme

2.2.1. Inibição da adesão celular bacteriana à superfície 2.2.2. Interrupção da comunicação celular bacteriana (Quorum sensing) 2.3.3. Erradicação de biofilmes

3. Biofilmes nas doenças do trato respiratório superior

3.1. Biofilme e otite média (OM) 3.2. Amigdalite crónica recidivante 3.3. Infeções da cavidade oral 3.4. Cancro oral 3.5. Rinossinusite 3.6. Fibrose cística 3.7. Biofilmes e cateteres

4. O Desafio para a indústria farmacêutica Conclusão Bibliografia

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Índice de figuras Figura 1. Estrutura de um biofilme. Figura 2. Etapas de formação de um biofilme. Figura 3. Fases de formação do biofilme ao longo do tempo. Figura 4. Pili, flagelos e as fímbrias de uma bactéria. Figura 5. Mecanismos de resistência das bactérias aos antibióticos. Figura 6. Mecanismos de resistência dos antibióticos aos biofilmes. Figura 7. Diferentes níveis de atividade das populações no biofilme. Figura 8. Estrutura geral das 2-piridonas-biciclícas (R1, R3, R4 representam o grupo CH3, CN, COOR, onde R pode ser o H, CH3, R2 representa um anel heterocíclico. Figura 9. Formação de ligações entre as bactérias pioneiras (lilás) e as moléculas da superfície (azul) envolvendo as adesinas (vermelho) Figura 10. Hidroxiapatita ou fosfato de cálcio cristalino (Ca10(PO4)6(OH)2) do esmalte d os dentes. Figura 11. Furanonas que atuam como inibidores do sistema de quorum sensing. Figura 12. Imagem de biofilme bacteriano (setas) na cripta tonsilar. Figura 13. Recetores olissacarídeos. Figura 14. Cárie dentária. Figura 15. Cancro oral. Figura 16. Biofilme associado à rinossinusite. Figura 17. Fibrose cística. Figura 18. Distribuição de espécies bacterianas das vias respiratórias em função da idade. Figura 19. Biofilme colonização no cateter venoso após 24 horas de inserção

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https://pt.wikipedia.org/wiki/fosfato_de_c%25c3%25a1lcio


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Índice de tabelas

Tabela 1. Exemplos de biofilmes associados a infeções humanas.

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4


viii

Abreviaturas

AcrAB-TolC - Principal sistema de efluxo da Escherichia coli

AHL - N-acil homoserina lactona

CBC - Complexo B. cepacia

CDE - Centers for deseared control and prevention

DNA - Ácido desoxirribonucleico

DNAase - Desoxirribonuclease

EPS - Extracellular Polymeric Substances

FC - Fibrose cística

LPS - Lipopolissacáridos

MCVL - Microscopia confocal de varredura a laser

MEV - Microscopia eletrónica de varredura

MRSA - S. aureus resistentes à meticilina

NTHi - Haemophilus influenzae não-tipáveis

OM - Otite média

OMA - Otite média aguda

OMAr - Otite média aguda recorrente

OME - Otite média com efusão

OMSC - Otite média superativa crónica


ix

PNAG - Poli-N-acetilglicosamina

PTFE – Politetrafluoretileno

PVC – Policloreto de vinilo

QQ - Quorum Quenching

QS - Quorum Sensing (

QSI - Substâncias inibidoras do sistema QS

RAGE - Receptor for advanced glycation endproducts

RNA - Ácido ribonucleico

RND - Sistema de efluxo das bactérias

RSC - Rinossinusite crónica


1

1. Introdução

Robert Koch, Médico patologista e bacteriologista alemão, formulou, em 1800, os

conhecidos postulados de Koch que associavam a relação entre o agente patogénico e o

hospedeiro, ou seja, uma bactéria seria o agente causal de uma determinada doença.

Estes postulados basearam-se no paradigma de “uma doença para uma bactéria”, e era

necessário o isolamento em cultura dessa bactéria supostamente patogénica para

confirmar aquela relação. A etiologia mono-microbiana das doenças infeciosas

pressupunha que cada espécie bacteriana se comportaria como uma entidade isolada

quer no homem quer na natureza. No entanto, a partir de década de setenta os estudos

vieram a demonstrar que na maioria das vezes os microrganismos existem integrados

em comunidades mistas, aderindo a superfícies ou interfaces numa densa matriz de exo-

polissacáridos caraterísticos, figura 1. Estas comunidades complexas e dinâmicas de

microrganismos tomaram a designação de biofilmes, e podem incluir bactérias, fungos

filamentosos, leveduras e protozoários (Costerton et al., 1995; Costerton e

Lewandowski, 1997; Nascimento e Taveira, 2001).

Figura 1. Estrutura de um biofilme.


2

Assim, um biofilme representa uma comunidade microbiana aderente a uma superfície,

com células formando microcolónias revestidas por uma matriz extracelular de

polissacarídeos produzida em resposta a estímulos ambientais e físicos, tais como a

elevada densidade celular, a nutrição e as tensões físicas. Esta comunidade microbiana

sendo autossuficiente permite que o biofilme funcione como um foco de disseminação

dos microrganismos que a constituem e podem vir a originar infeções (Nascimento e

Taveira, 2001).

As bactérias que constituem os biofilmes são metabólica e morfologicamente diferentes

das bactérias em suspensão isoladas em cultura pura, e geralmente apresentam uma

maior resistência aos antibióticos e desinfetantes. Na prática médica, os biofilmes

podem formar-se nos dispositivos médicos implantados, tais como cateteres vasculares

e, têm sido associados a diverso tipo de infeções. Já nos meios industriais a formação de

biofilmes pode provocar entre outros a corrosão e a obstrução de tubagens e a

contaminação de produtos alimentares (Costerton et al., 1999).

Nos últimos anos, tem-se vindo a verificar que os biofilmes têm também um papel

fundamental na patogénese de várias infeções que não envolvem biomateriais. Estudos

referem que cerca de 65% das infeções humanas de origem bacteriana podem estar

associadas a biofilmes. Estas infeções podem afetar áreas como a cavidade oral (dentes

e gengivas), o trato urogenital e o trato respiratório superior e inferior (Costerton et al.,

1999).

As infeções provocadas pelos biofilmes microbianos, em regra, apresentam cronicidade,

o que dificulta o diagnóstico microbiológico, e aumenta a resistência aos tratamentos

antibióticos. Os biofilmes humanos em comparação com os biofilmes formados sobre

superfícies e sistemas inertes apresentam uma estrutura mais complexa, facto este

associado à ação da fibronectina do hospedeiro sobre os glóbulos vermelhos e outros

materiais que, em conjunto com os exo-polissacáridos bacterianos contribuem para a

formação do biofilme (Potera, 1999; Nascimento e Taveira, 2001).

Os biofilmes podem ter efeitos prejudiciais ou benéficos, em diversas áreas tais como a

indústria, o ambiente e a saúde.


3

Na indústria a produção indesejada de biofilmes é designada por "lixo biológico”

(biofouling) e é observado em áreas tais como as torres de arrefecimento, os

permutadores de calor em centrais térmicas de produção de energia, na deterioração por

corrosão de equipamentos, nos tubos e nas válvulas de transporte de água potável

diminuindo a qualidade desta e aumentando os riscos para a saúde pública, etc.. Para

além destes riscos uma das principais consequências deste “biofouling” são os custos

económicos associados à diminuição da eficiência dos equipamentos e dos processos, e

ainda os associados à substituição precoce das peças ou dos equipamentos deteriorados

(Characklis e Marshall,1990).

A nível da saúde humana, os biofilmes bacterianos que se desenvolvem podem entre

outros explicar problemas como as cáries dentárias e outras doenças da boca, doenças

pulmonares, mau funcionamento de cateteres urinários e de lentes de contacto, infeções

graves em tecidos (osteomielite e endocardite) e rejeições de material protésico

(Costerton et al., 1987; Neu, 1996). Os biofilmes responsáveis pelas infeções de regiões

anatómicas estéreis geralmente são constituídos por uma única espécie bacteriana ou

fúngica, tabela 1.

Nos doentes com fibrose quística é frequente encontrar biofilmes bacterianos dos quais

cerca de 80 a 90% são constituídos unicamente por Pseudomonas aeruginosa. Estes

biofilmes são muito resistentes aos antibióticos devido à produção de quantidades

elevadas de polissacáridos extracelulares e contribuem de forma determinante para a

morte destes doentes por insuficiência respiratória (Singh et al., 2000).

Na tuberculose, os biofilmes de Mycobacterium tuberculosis podem ser determinantes

na patogénese desta doença. As amostras de expetoração de doentes portadores de

tuberculose pulmonar em fase tardia da doença apresentavam conglomerados de

Mycobacterium tuberculosis, semelhantes aos de Pseudomonas aeruginosa encontrados

nos doentes com fibrose quística. Os biofilmes constituídos por Haemophilus influenzae

podem estar associados a infeção nos portadores de cálculos renais infetados e otites de

repeticao (Costerton et al., 1999; Hall-Stoodley e Lappin-Scott, 1998).


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Tabela 1. Exemplos de biofilmes associados a infeções humanas (Nascimento e

Taveira, 2001).

Infeção ou doença Espécies bacterianas envolvidas

Cárie dentária Streptococcus mutans, Lactobacillus spp.

Periodontite Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Fusobacterium nucleatum

Otite média Estirpes não tipificáveis de Haemophilus influenzae

Infeções músculo-esqueléticas Cocus Gram (+) (Staphylococcus sp.)

Fascite necrosante Estreptococus do grupo A

Infeções do trato biliar Bactérias entéricas (ex. Escherichia coli)

Osteomielite Várias espécies de bactérias e fungos (geralmente misto)

Prostatite bacteriana E. coli e outros bacilos Gram (-)

Endocardite subaguda bacteriana Estreptococos do grupo viridans

Pneumonia da fibrose quística P. aeruginosa e Burkholderia cepacia

Melioidose Burkholderia pseudomallei

Infeções nosocomiais:

Pneumonia Bacilos Gram (-)

Suturas Staphylococcus epidermidis e S. aureus

Shunt arteriovenoso S. epidermidis e S. aureus

Cistite dos cateteres urinários E. coli e outros bacilos Gram (-)

Peritonite dos dialisados Variedade de bactérias e fungos

Tubos endotraqueais Variedade de bactérias e fungos

Cateteres venosos centrais S. epidermidis e outros

Válvulas mecânicas do coração S. aureus e S. epidermidis

Agrafos vasculares Cocos Gram (+)

Aparelhos ortopédicos S. aureus e S. epidermidis

Próteses do pénis S. aureus e S. epidermidis


5

A Candida albicans é um importante agente oportunista associado a infeções

nosocomiais que podem provocar micoses superficiais e profundas em hospedeiros

imunocomprometidos. A maioria das septicémias nosocomiais provocadas por Candida

albicans. são provocadas pela formação de biofilmes em cateteres intravasculares. Estes

biofilmes, do mesmo modo que os biofilmes bacterianos, são bastante resistentes ao

tratamento com agentes antifúngicos (Baillie e Douglas, 1999).

As infeções por biofilmes apresentam características comuns, apesar das etiologias

poderem ser diferentes tais como:

i. Crescimento lento;

ii. Libertação de antigénios que promovem a produção de anticorpos e de

imunocomplexos específicos que podem originar lesões nos tecidos

adjacentes;

iii. Padrão de desenvolvimento preferencial em superfícies inertes, tecidos

mortos e instrumentos médicos;

iv. Serem agentes causais de infeções graves em indivíduos

imunocomprometidos;

v. As células bacterianas poderem separar-se da estrutura do biofilme em

qualquer fase da infeção e estabelecer uma nova infeção aguda;

vi. Os antibióticos eliminarem os sintomas da infeção provocada pelos biofilmes

mas não o biofilme em si, levando ao aparecimento de infeções recorrentes,

tornando-se necessário utilizar procedimentos mecânicos para remover estes

biofilmes (Costerton et al., 1999; Nascimento e Taveira, 2001).

Existem na natureza outros biofilmes, como os que se acumulam nos depósitos dos rios,

lagos ou no mar e que são benéficos pois contribuem para a remoção de agentes


6

contaminantes nessas águas. Estes biofilmes têm vindo a ser utilizados em processos

biotecnológicos para o tratamento de efluentes e para a eliminação de poluentes

orgânicos e inorgânicos de águas contaminadas. É disto exemplo a utilização de

sistemas com biofilmes como os filtros de areia para o tratamento de efluentes e para a

purificação de água. Na indústria agroalimentar os biofilmes podem ser aplicados na

produção de ácido cítrico e na produção do sherry (Gjaltema, 1996) e do vinagre por

oxidação biológica do etanol (Melo, 1994).

1.1. Mecanismo de formação dos biofilmes

As bactérias e os fungos patogénicos podem formar biofilmes mistos ou puros. As

características do substrato são fundamentais no processo de adesividade dos biofilmes.

De um modo geral, características de maior rugosidade e hidrofobicidade, permitem o

desenvolvimento mais rápido dos biofilmes. A forma de crescimento dos biofilme

confere aos microrganismos constituintes uma maior resistência aos agentes

antimicrobianos. A acumulação de biofilmes nas superfícies é um processo natural nos

meios aquosos e resulta de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem

simultaneamente (Nascimento e Taveira, 2001).

Na figura 2 estão esquematizadas as diferentes etapas de formação de um biofilme.

Etapa 1. Transporte de células livres do meio líquido para uma superfície sólida com

subsequente fixação;

Etapa 2. Crescimento e divisão das células fixas à custa de nutrientes provenientes do

líquido circundante, conjuntamente com a produção e excreção de EPS (Extracellular

Polymeric Substances);

Etapa 3. Fixação de células bacterianas flutuantes (e outras partículas), contribuindo

para a acumulação do biofilme;


7

Etapa 4. Libertação de material celular por diversos mecanismos: erosão superficial

(perda de células individuais), descolamento (sloughing off), abrasão e ataque por

predadores.

Figura 2. Etapas de formação de um biofilme (http://www.blogdolibs.com).

As etapas de transporte e adsorção à superfície de substâncias orgânicas dissolvidas no

meio aquoso e o transporte de células livres do meio aquoso para uma superfície sólida

ocorrem em poucos minutos (Etapa 1 e 2). A velocidade a que ocorre a formação da

fase inicial do biofilme, o chamado filme condicionador, depende da concentração de

moléculas orgânicas no meio aquoso em contacto com a superfície sólida, da afinidade

das moléculas para com o suporte e das condições hidrodinâmicas do meio líquido

(Chamberlain, 1992). A adesão das moléculas orgânicas à superfície sólida depende das

suas características, nomeadamente da carga superficial, da energia livre de superfície e

da rugosidade da estrutura de suporte (Marshall e Blainey, 1990).

Após a formação do filme condicionador, ocorre o transporte de células microbianas

desde o meio aquoso para a superfície sólida (Etapa 3). Este transporte resulta da

diferença de gradiente de concentrações de microrganismos entre o meio aquoso e a

superfície sólida. As moléculas existentes no filme condicionador estabelecem ligações

com os microrganismos, através da formação de cadeias poliméricas, facilitando a forte

adesão e estabilidade do biofilme, ou, decorrente da mobilidade que os microrganismos


8

apresentam, devido à existência de apêndices filamentosos externos, tais como os

flagela, as pili e ou as fimbriae (Characklis, 1990). Uma vez formada a primeira camada

de microrganismos, a adesão de novos microrganismos é favorecida

termodinamicamente. Por outro lado, o desenvolvimento e a reprodução dos primeiros

colonizadores podem contribuir para a modificação das propriedades da superfície do

suporte, tornando-a mais adequada para a subsequente colonização dos microrganismos

secundários e favorecimento da acumulação dos biofilmes (Charackils et al. 1990).

O processo de libertação de frações de biomassa do biofilme para o meio aquoso pode

resultar de mecanismos de erosão superficial, descolamento (sloughing off), de abrasão

e de ataque por predadores (Characklis et al., 1990; Gjaltema, 1996; Gantzer et al,

1989) (Etapa 4). A erosão consiste na perda contínua de porções de biofilme decorrente

de alterações ambientais, de alterações do fluxo e do pH e, da velocidade de movimento

dos fluidos, tendo esta dois conhecidos efeitos. Por um lado, o aumento da velocidade

do fluido desencadeia um incremento das forças hidrodinâmicas e consequentemente

erosão, por outro lado favorece a formação de depósitos com maior resistência

mecânica. A percentagem de remoção do biofilme aumenta à medida que este se vai

formando (Vieira, 1995).

O descolamento ou sloughing off, corresponde à libertação de grandes porções de

biofilme em consequência das alterações das condições dentro da própria estrutura do

biofilme, tais como a elevada espessura, o desenvolvimento num ambiente rico em

nutrientes ou em condições de baixa tensão de corte.

A abrasão resulta da perda de biofilme resultante de colisões sucessivas entre a

superfície sólida que o suporta e as partículas suspensas existentes no fluido. (Gjaltema,

1996).

O ataque por predadores ou “grazing” nos biofilmes bacterianos resulta do ataque de

protozoários que se alimentam à superfície destes biofilmes (Ratsak et al., 1996).


9

As células constituintes dos biofilmes podem ainda desprender-se mediante a secreção e

excreção de enzimas que quebram as ligações destas à matriz polimérica (Boyd e

Chakrabarty, 1994).

Na figura 3 relacionam-se as fases de formação do biofilme ao longo do tempo (Pereira,

2001).

Figura 3. Fases de formação do biofilme ao longo do tempo.

As bactérias são os microrganismos que comumente têm capacidade de produzir

biofilmes em condições de meios menos exigentes ou em condições extremas. O

reduzido tamanho das bactérias, as elevadas taxas de reprodução, a grande capacidade

de adaptação e a produção de substâncias e estruturas extracelulares que as protegem do

meio, são as principais características que facilitam a colonização das superfícies

(Capelletti, 2006).

A capacidade de adesão de um microrganismo a uma superfície e, a capacidade de

manter os biofilmes estáveis dependem do seu fenótipo e genótipo, da presença de

estruturas celulares como o pili, os flagelos e as fímbrias (Figura 4), de algumas

proteínas da superfície, bem como os sistemas quorum sensing (Boari, 2008).


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Figura 4. Pili, flagelos e as fímbrias de uma bactéria.

O pili é um componente essencial no processo de adesão inicial e de colonização de

superfícies, designadamente em microrganismos gram-negativos (Boari, 2008). O pili

tipo IV é constituído por moléculas de pilina helicoidalmente organizadas, com 145 a

160 aminoácidos, localizado numa das extremidades da célula. O tipo de mobilidade

que esta estrutura confere ao microrganismo, permite que este se movimente em

superfícies semi sólidas como os agares, e sólidas, como o aço inoxidável, formando

microcolónias com expansão radial média de aproximadamente 1 milímetro por hora

(Boari, 2008).

O pili do tipo IV tem a capacidade de se ligar com diversas superfícies bióticas ou

abióticas. A colonização de superfícies e o deslocamento de microcolónias onde o pili

tipo IV está presente, necessita do contato célula a célula, orientado por nutrientes e

sinalizadores, processo que se designa de quimiotaxia (Boari, 2008).

Outra entidade de elevada importância para a adesão e colonização de superfícies por

microrganismos gram-negativos são os flagelos. Estes organelos utilizados na

locomoção dos microrganismos, são constituídos por unidades de flagelina e emergem

por uma extensão da membrana externa. Alguns microrganismos apresentam flagelos

polares que em meios aquosos facilitam o processo inicial de adesão às superfícies.


11

Contudo, após esta adesão inicial, inicia-se uma diferenciação da expressão génica,

sendo o flagelo polar substituído por um flagelo lateral, o qual confere à célula maior

capacidade de movimentação em superfícies sólidas e semi sólidas (Boari, 2008).

O Sistema Quorum Sensing (QS) consiste num sistema de comunicação entre as

bactérias. As bactérias, num determinado sistema, sintetizam compostos sinalizadores

de baixo peso molecular, os autoindutores bacterianos, que são excretados para o meio

ambiente. Quando se atinge uma quantidade crítica de autoindutoes, ou seja um quorum

de bactérias, estas detetam a presença dos mesmos e respondem ativando ou reprimindo

certos genes (Viana, 2006).

As etapas do ciclo de constituição de um biofilme requerem um adequado sistema de

comunicação célula-célula para a uma boa distribuição, ordenação e sincronização da

atividade dos genomas procariontes fundamentais para a manutenção da homeostasia da

colónia microbiana (Boari, 2008).

Assim sendo, este sistema de comunicação facilita o acesso aos nutrientes e/ou a

ambientes mais favoráveis, permitindo que as bactérias organizem respostas defensivas

contra hospedeiros eucarióticos. Por outro lado permite que estas aperfeiçoem a sua

capacidade de diferenciação assumindo formas mais adaptadas à sobrevivência em

ambientes hostis (Viana, 2006).

Nos microrganismos gram-negativos, as moléculas sinalizadoras são derivadas da N-

acil homoserina lactona (AHL) e a sua regulação ocorre por meio das proteínas

homólogas LuxI e LuxR. A primeira atua como uma enzima (AHL sintetase) e a

segunda, quando se liga à AHL, forma o complexo AHL-LuxR, que é responsável pela

ativação e expressão de inúmeros genes. Nas bactérias gram-positivas a comunicação

célula a célula ocorre por meio da secreção de pequenos peptídeos (Boari, 2008).

No caso dos gram-negativos, há um amplo espectro de homoserinas lactonas,

produzindo os microrganismos constantemente estas moléculas sinalizadoras.


12

Quando as concentrações dos microrganismos são baixas, as concentrações dos

autoindutores também são pequenas, e, o seu impacto sobre a expressão genética é

diminuto (Boari, 2008). Contudo, quando a densidade populacional de microrganismos

aumenta, também aumenta a concentração dos autoindutores no meio, influenciando a

regulação génica (Boari, 2008).

Este processo influi sobre a sobrevivência do microrganismo quando em condições

desfavoráveis dos biofilmes, nomeadamente na fase de maturidade dos biofilmes, fase

em que a disponibilidade de oxigénio, nutrientes, e, componentes orgânicos e

inorgânicos como o ferro é pequena, bem como a restrição do espaço físico (Viana,

2006).


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2. Resistência aos antibióticos

Desde 1970 que se vem verificando um aumento significativo da resistência aos agentes

antimicrobianos resultante da utilização muitas vezes indiscriminada de agentes

antimicrobianos de amplo espectro, de doenças crónicas que podem induzir

imunossupressão como a síndrome da imunodeficiência adquirida (SIDA) e, da prática

médica com utilização de terapias que deprimem o sistema imunológico (Beck-Sagué,

1993). Assim, o uso indiscriminado de antimicrobianos teve como consequência

inevitável o aumento de patogénicos resistentes (Brunton et al., 2010).

Segundo Kratzer C. et al. (2007) as bactérias dos biofilmes são de 10 a 1000 vezes mais

resistentes aos antibióticos do que as bactérias geneticamente idênticas.

Diversos estudos in vitro demonstraram que células bacterianas sésseis podem

desenvolver maior resistência à ação dos antibióticos, relativamente às células

bacterianas cultivadas de forma planctónica (livres, em suspensão) (Smith, 2005). Para

além dos mecanismos de resistência comuns das bactérias aos antibióticos,

nomeadamente, a transferência de genes de resistência homólogos, as mutações naturais

evolutivas, (Figura 5) (Alekshun e Levy 2007; Hoiby et al., 2010), foram propostos

outros mecanismos para explicar o aumento das resistências a antimicrobianos em

micro-organismos produtores ou constituintes de biofilmes, tais como:

Figura 5. Mecanismos de resistência das bactérias aos antibióticos (Disponível na

internet).


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i. Deficiente penetração e difusão dos antibióticos através da matriz

polisacarídica estável: os poros dentro da matriz polissacarídea são de reduzida

dimensão, bloqueando a passagem de determinadas moléculas, incluindo os

antibióticos (Figura 6).

ii. Adsorção dos antibióticos na matriz exopolimérica: devido à natureza

aniónica e hidrofílica destas substâncias, estas podem adsorver á matriz

exopolimérica e, a concentração terapêutica do antibiótico no meio intracelular não é

atingida (Smith, 2005).

iii. Resposta fisiológica dos microrganismos ao ambiente químico

heterogéneo existente nos biofilmes: as zonas de reduzido crescimento bacteriano e,

as células dormentes, proporcionam condições de crescimento bastante diferentes das

camadas superiores. A camada interna do biofilme apresenta condições de escassez

de nutrientes e de oxigénio, podendo ocorrer anaerobiose, o que obriga o biofilme a

entrar na fase estacionária de crescimento, gerando fenómenos de tolerância. Neste

sentido, os microrganismos tornam-se menos suscetíveis à ação dos antibióticos cuja

ação é dependente da multiplicação bacteriana, como é o caso dos beta-lactâmicos.

Assim sendo, existem dentro de um biofilme duas subpopulações celulares

fenotipicamente distintas, uma metabolicamente ativa e outra inativa. A primeira

subpopulação encontra-se localizada à superfície do biofilme, estando em contato

com o meio exterior sendo geralmente vulnerável aos mecanismos de ação dos

antibióticos. A segunda subpopulação, encontra-se rodeada pela matriz

exopolimérica, fica no interior do biofilme onde a taxa de divisão celular é lenta e,

torna-se menos vulnerável á ação dos antibióticos (Stewart e Franklin, 2008;

Jayraman, 2009; Soto, 2013).

iv. Presença de células persistentes (persister cells): estas células são

resistentes ao efeito cida quando expostas aos antimicrobianos. As bactérias

persistentes não são consideradas células mutantes, contudo, existe a possibilidade de

traduzirem uma variação fenotípica (Lewis, 2007) (Figura 6).


15

v. Idade do biofilme: a idade dos biofilmes pode influenciar a suscetibilidade dos

microrganismos aos antibióticos. Alguns estudos relatam que o aumento da idade de

biofilmes de Staphylococcus epidermidis reduz a eficácia de diversos agentes

antimicrobianos, nomeadamente, da clindamicina, da cefalotina, da eritromicina, da

teicoplanina e da vancomicina. O aumento da quantidade de matriz produzida,

decorrente da crescente idade do biofilme, pode resultar em gradientes de nutrientes e

de oxigénio deficitários que, diminuam o metabolismo e as taxas de crescimento dos

microrganismos com consequentemente alteração da suscetibilidade dos mesmos aos

antibióticos (Donlan, 2002).

vi. Produção de enzimas inativadoras dos antibióticos: A produção de

enzimas que inativam antibióticos por parte das bactérias, como as β-lactamases e, a

sua acumulação nos biofilmes, produz gradientes de concentração que fornecem

proteção às células bacterianas subjacentes (Smith, 2005).

vii. Estrutura populacional densa e proximidade das células bacterianas:

O aumento da população de microrganismos dentro dos biofilmes facilita a dispersão

de genes de resistência por conjugação ou por transformação, aumentando o número

de microrganismos resistentes aos antibióticos (Hausner e Wuertz, 1999; Smith,

2005).

viii. Aumento da expressão de bombas de efluxo: Os genes deste

mecanismo de resistência são regulados positivamente quando as células formam

biofilmes. O sistema de efluxo AcrAB-TolC, pertencente à família RND, é o melhor

caracterizado por exemplo na Escherichia coli e, confere resistência ao cloranfenicol,

às quinolonas, e às tetraciclinas. (Soto, 2013).


16

Figura 6. Mecanismos de resistência dos antibióticos aos biofilmes (Stewart e

Costerton, 2001).

A resistência aos antibióticos tornou-se um problema crescente para os sistemas de

saúde e para a sociedade desde os anos 70 (Hawkey, 2008). O número de estudos com

vista ao desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento de infeções resistentes

têm vindo a aumentar, contudo, apenas um número limitado destes novos fármacos são

eficazes (Allen e Nicas, 2003).

Na prática clínica as infeções por biofilmes microbianos são geralmente tratadas com

combinações de antibióticos em altas dosagens (Hoiby et al., 2011; Romling e

Balsalobre, 2012). Os estudos demostram que a associação de múltiplos antibióticos é

mais eficaz no combate aos biofilmes bacterianos, do que a administração em regime de

monoterapia ou a associação de dois antibióticos. Tal facto pode estar associado à

diversidade de tipos de microrganismos que constituem os biofilmes (Dales et al.,

2009). Nos biofilmes bacteriano/fúngico composto por S. epidermidis e Candida

albicans, o polímero extracelular estafilocócico pode proteger as células da levedura


17

através da ação dos azóis. Por outro lado as células da levedura pareceram reduzir a

atividade da vancomicina contra as células bacterianas (Adam et al., 2002).

O sucesso do tratamento antimicrobiano de uma infeção depende da concentração

alcançada no foco infecioso, sendo que esta deve ser suficientemente alta para inibir a

proliferação dos micro-organismos patogenicos. Sendo assim, o antibiótico precisa

atingir o seu alvo numa forma ativa, ligar-se a este e interferir na sua função.

As concentrações antibióticas necessárias para erradicar as bactérias variam de acordo

com o tipo de bactéria. Por exemplo, a concentração necessária do imipenem para

erradicar o biofilme formado pela estirpe padrão de P. aeruginosa é superior a 1,024

μg/mL, enquanto que 1 μg/mL de imipenem eliminou as formas planctónicas deste

microrganismo. Também para a estirpe padrão de E. coli cultivada planctonicamente

foram necessárias concentrações de ampicilina superiores a 2 μg/mL, sendo necessária

uma concentração de 512 μg/mL para erradicar a forma séssil (Ceri et al., 1999).

Várias hipóteses têm vindo a ser propostas para explicar o aumento da resistência aos

agentes quimioterápicos em células sésseis e para que a concentração adequada do

antimicrobiano não seja atingida nos tecidos do hospedeiro nem no ambiente

intracelular. Mecanismos como a deficitária penetração e difusão dos antimicrobianos

através da matriz polisacarídica, a qual é geralmente de arquitetura estável, a sua

adsorção a matriz exopolimérica do biofilme, devido à sua natureza muitas vezes

aniónica e hidrofílica, foram associados às baixas concentrações de agentes

quimioterápicos nos biofilmes (Patel, 2005; Smith, 2005).

Contudo, a administração de múltiplos antibióticos no combate das infeções, tende a

induzir resistência bacteriana, formação de biofilmes recalcitrantes (Cummins et al.,

2009) e gerar intolerância tóxica (Baker-Austin et al., 2006).

De referir que a natural heterogeneidade dos biofilmes (Figura 7) resultante dos

diferentes níveis de atividade resultante do gradiente de oxigénio, disponibilidade de

nutrientes e resíduos poderá levar à existência de diversos mecanismos de resistência

que exercem uma ação conjunta, proporcionando um elevado nível de resistência.


18

Figura 7. Diferentes níveis de atividade das populações no biofilme. (Adaptado de

Davis, 2003).

A resistência específica de um biofilme inclui a tolerância aos agentes antimicrobianos

e significa que o mecanismo de resistência ocorre predominantemente em células

sésseis e não somente em células planctónicas. Contudo, os mecanismos clássicos de

resistência proporcionam uma resistência adicional ao biofilme, contribuindo para o

nível global de resistência (Mah, 2012).

2.1. Estratégias de prevenção da formação do biofilme

O desenvolvimento de estratégias para prevenir a formação de biofilmes tem recebido

nos últimos anos bastante atenção pela comunidade científica. A inibição da formação

de biofilmes pode ser conseguida inibindo a adesão celular bacteriana à superfície ou

por interrupção da comunicação celular bacteriana (Quorum sensing), fase 1 e 2 da

figura 2.


19

2.2.1. Inibição da adesão celular bacteriana à superfície

Nas superfícies abióticas, a inibição da adesão celular bacteriana a um substrato biótico

(Figura 2, etapa 1), importantes exemplos são os compostos pilicidas e os compostos

quelantes de ferro. Os pilicidas, como as 2-piridonas-biciclícas, figura 8, inibem a

biossíntese da pili das estruturas bacterianas impedindo a adesão das bactérias às células

humanas.

Figura 8. Estrutura geral das 2-piridonas-biciclícas (R1, R3, R4 representam o grupo

CH3, CN, COOR, onde R pode ser o H, CH3, R2 representa um anel heterocíclico.

(Fonte: http://digital.csic.es/bitstream/10261/55790/1/ES2379919A1.pdf).

Estes compostos inibem a adesão de E. coli às células da bexiga (Pinkner et al., 2006;

Berg et al., 2008) e do Vibrio cholerae às células intestinais (Hung et al., 2005). Os

compostos quelantes de ferro como a lactoferrina, uma proteína presente na maioria dos

fluidos corporais, quelata o ferro essencial à adesão bacteriana a superfícies. Em

concentrações sub-inibitórias a lactoferrina permite inibir a formação do biofilme de P.

aeruginosa, sem inibir o crescimento bacteriano. Em concentrações mais elevadas

também inibe o crescimento bacteriano, rompendo a membrana através da ligação aos

lipopolissacarídeos (Singh, 2002). Alguns produtos naturais, como os extratos aquosos

da caatinga brasileira (Trentin et al., 2011a), o filtrado de bactérias da esponja marinha

(Trentin et al., 2011b), o dipeptídeo cíclico do fungo associado à esponja marinha

(Scopel et al., 2013) e o peptídeo esteroide da cera de ovos de carrapato bovino

(Zimmer et al., 2013) apresentaram ação inibitória na formação de biofilmes sem

interferir no crescimento bacteriano. Também os taninos purificados de plantas medici-


20

nais, são considerados uma importante classe de compostos bioativos no bloqueio à

formação de biofilmes de P. aeruginosa resultante da sua ação bacteriostática (Trentin

et al., 2013).

A desina sortase, uma enzima de membrana que catalisa reações de transpeptidação,

ligando-se covalentemente às proteínas e ao peptidoglicano interferindo na montagem

do pili poderão vir a ser um bom alvo para fármacos antiadesão, com amplas aplicações

clínicas (Marraffini et al., 2006; Chen e Wen, 2011) (Figura 9). As bactérias mutantes

em sortase A (gene strA) apresentam uma deficiência de proteínas de superfície, o que

leva a diminuição da adesão destas bactérias às superfícies da hidroxiapatita do esmalte

dentário na presença de saliva (Figura 10). O metanotiosulfonato e, o ácido p-hidroxi-

mercuribenzóico podem funcionar como inibidores da desina sortases. (Chen e Wen,

2011).

Figura 9. Formação de ligações entre as bactérias pioneiras (lilás) e as moléculas da

superfície (azul) envolvendo as adesinas (vermelho) (Adaptado de Nobbs et al., 2009).

Figura 10. Hidroxiapatita ou fosfato de cálcio cristalino (Ca10(PO4)6(OH)2) do esmalte

dentário (Disponível na internet).

https://pt.wikipedia.org/wiki/fosfato_de_c%25c3%25a1lcio


21

2.2.2. Interrupção da comunicação celular bacteriana (Quorum sensing)

Para que uma infeção se instale, as bactérias desenvolvem diferentes mecanismos de

virulência para colonizar, disseminar e adaptar-se aos diversos microambientes. Na fase

de formação de agregados e, no início da maturação do biofilme, as bactérias dispõem

de um sistema de comunicação célula a célula para regular a expressão dos genes

envolvidos na formação do biofilme (Quorum sensing).

Após a etapa da adesão primária, a inibição da formação de biofilmes pode ser

conseguida interferindo na sinalização intercelular bacteriana. As substâncias inibidoras

do sistema QS (QSI) competem com o recetor das moléculas sinalizadoras ou de

enzimas designadas por Quorum Quenching (QQ), degradando as moléculas de

sinalização e, consequentemente a comunicação celular bacteriana (Martin et al., 2008).

Assim sendo ocorre uma inibição da produção de EPS e consequentemente da

manutenção da estrutura tridimensional do biofilme (adesão irreversível) (Lazar, 2011).

A associação dos interferentes do sistema QS com antimicrobianos poderá aumentar a

efetividade do controle de infeções bacterianas relacionadas com a formação de

biofilmes.

As furanonas halogenadas (Figura 11) e o peptídeo inibidor do RNA III (RIP) são

compostos potencialmente inibidores da formação dos biofilmes de P. aeruginosa e

Staphylococcus spp. (Chen e Wen, 2011). Os inibidores de sistemas de QS podem afetar

a integridade do biofilme e desta forma tornar as bactérias mais suscetíveis à

antibioterapia minimizando a possibilidade das bactérias se tornarem resistentes.

Contudo, diversos estudos demonstraram que a formação de biofilmes por estas

bactérias é independente da modulação do sistema QS (Schaber et al., 2007) o que

reflete a complexidade dos mecanismos na formação dos biofilmes.


22

Figura 11. Furanonas que atuam como inibidores do sistema de quorum sensing

(Disponível na internet).

2.2.3. Erradicação de biofilmes

Os antimicrobianos e a substituição de dispositivos biomédicos implantados são os

únicos procedimentos disponíveis para a erradicação de biofilmes.

Os microrganismos em condições desfavoráveis, como são as alterações de pH e a

escassez de nutrientes, podem só por si destruir o biofilme. Neste sentido, os

microrganismos coordenam o comportamento, a fim de se converterem ao estado

planctónico. Assim, algumas investigações têm por base moléculas que estimulam o

mecanismo natural de dispersão de biofilmes e a conversão de células sésseis em células

planctónicas (Otto, 2013).

Atualmente as investigações tentam encontrar enzimas e outras moléculas capazes de

desintegrar a matriz EPS e condicionar a rutura enzimática da estrutura do biofilme. A

diversidade da constituição química da matriz do biofilme contendo material proteico,

DNA extracelular e polissacarídeos, faz com que o EPS seja suscetível à degradação por

enzimas exógenas como a proteinase K, a tripsina e a DNAse I) (Boles e Horswill,

2011). Como exemplo referem-se as enzimas do tipo alginato liase que degradam o

polímero alginato, poliaspartato e DNAse ocasionando a erradicação do biofilme de P.

aeruginosa (Alkawash et al., 2006) e de S. aureus (Mann et al., 2009). A dispersina B,


23

uma N-acetilglucosaminidase é um outro exemplo de enzima capaz de inibir a formação

de biofilmes e de erradicar biofilmes de estirpes de S. epidermidis e S. aureus que

possuem poli-N-acetilglicosamina (PNAG) como constituinte principal da sua matriz

(Kaplan et al., 2004).

Apesar de toda a investigação e dos esforços efetuados no sentido de erradicar os

biofilmes ainda não foi possível obter o primeiro fármaco antibiofilme.


24

3. Biofilmes nas doenças do trato respiratório superior

Esta região está em contacto permanente com diversas bactérias. Contudo, nesta área

estão presentes características anatómicas e imunológicas que a protegem contra a

colonização microbiana, nomeadamente a produção de muco por parte das células

epiteliais submucosas e das células caliciformes, que agregam os microrganismos e os

eliminam do organismo com a ajuda da função dos cílios vibráteis das células epiteliais;

a fagocitose e a destruição dos microrganismos por ação dos macrófagos; a ação

bactericida da lisozima do muco nasal (Tlaskalová-Hogenová et al., 2004; Prescott et

al., 2005). O tamanho das partículas é outro fator importante, pois apenas as partículas

com um tamanho adequado é que alcançam o trato respiratório inferior. Devido a estas

caraterísticas o trato respiratório não apresenta por norma uma flora comensal. Contudo,

o trato respiratório superior é usualmente o principal foco de infeção por agentes

patogénicos como a Neisseria meningitides, Corynebacterium diphtheriae, Bordetella

pertussis, entre outros (Davis, 1996).

De seguida descrever-se-á alguns biofilmes associados às doenças do trato respiratório

superior.

3.1. Biofilmes e otite média (OM)

Um estudo realizado em 2004 relativamente a biofilmes bacterianos em crianças

demonstrou a presença de biofílmes numa biópsia do ouvido médio de uma criança com

otite média supurada crónica (OMSC). Num grupo de crianças com otite média aguda

recorrente (OMAr) e com otite média com efusão (OME) crónica foram igualmente

demonstrados biofilmes de natureza bacteriana. Biofilmes de S. aureus foram também

observados nas biópsias de oito entre dez adultos com otite média secretora crónica

OMSC e, em seis de dez biópsias do ouvido médio de adultos com OMSC. Um estudo

realizado na Groelândia verificou a presença de biofilmes em esfregaços de fluido do

ouvido médio de crianças com OMSC o mesmo não ocorreu em crianças com OME


25

crónica. Também foram observados biofilmes nas adenoides de crianças com OM

(Figura 9) (Thornton e Coate, 2012).

As crianças com OMA recorrente apresentam uma maior cobertura (97,6%) de

biofilmes do que as crianças com OME (27,7%). Os biofilmes presentes contêm agentes

patogénicos da OM e são em regra polimicrobianos, (Figura 12). Acredita-se que nestes

casos a remoção do biofilme conduza a uma resolução da patologia e diminua a sua

capacidade de recidiva por exemplo após uma adenoidectomia.

Figura 12. Imagem de biofilme bacteriano (setas) numa cripta amigdalina (Disponível

na internet).

A capacidade das bactérias de invadir células epiteliais parece ser uma estratégia para

estas colonizarem o trato respiratório e impedirem o reconhecimento imune

extracelular. Os agentes patogénicos associados à otite média recorrente e persistente e

capazes de invadir e permanecer nas células são os Streptococcus pneumoniae,

Haemophilus influenzae não-tipáveis (NTHi), Moraxella catarrhalis, Pseudomonas

aeruginosa e Staphylococcus aureus (Thornton e Coate, 2012).

A persistência intracelular destes agentes bacterianos protege as bactérias da ação dos

antibióticos, sendo pois, um meio de evitar a depuração plasmática. Também nas células


26

epiteliais, as bactérias estão protegidas de alguns antibióticos como os antibióticos β-

lactâmicos que são geralmente usados no tratamento da OM (Thornton e Coate, 2012).

3.2. Amigdalite crónica recidivante

Chole e Faddis em 2003 observaram biofilmes bacterianos de bactérias gram-positivos e

gram-negativos pela primeira vez nas criptas amigdalinas de doentes com amigdalite

recidivante e apneia obstrutiva do sono (Chole e Faddis, 2003).

Os padrões infeciosos diferem com a idade, tendo nos lactentes sido observada uma

infiltração bacteriana difusa que diminuía após os quatro anos de idade aumentando o

número de fissuras e criptas. Nos doentes com mais de 25 anos estas fissuras e bactérias

infiltrativas difusas já não estavam presentes e apenas se observam pontos de aderência

e comunidades bacterianas na cripta. Outro estudo observou a presença de H. influenzae

em maior percentagem em lactentes, sendo que estas bactérias se localizavam

difusamente pelo tecido. No entanto, em adultos estas bactérias não estavam presentes

onde a predominância era de Streptococcus spp. Nos indivíduos mais velhos, a espécie

dominante era o S. aureus e nos doentes com abscesso periamigdalino a predominância

era do S. pyogenes (Thornton e Coate, 2012).

A amigdalite aguda reage bem aos antibióticos, no entanto, o efeito destes na doença

recidivante parece ser limitado. Mais de três quartos das amigdalites recidivantes

contêm bactérias produtoras de β-lactamases resistentes aos antibióticos β-lactâmicos. A

resposta ao inicial ao tratamento com antibióticos e a ausência de recidiva da doença

pode estar associado à persistência das bactérias no biofilme ou no espaço intracelular.

Portanto, a remoção dos focos purulentos crônicos e das bactérias sequestradas ainda é

o principal benefício da amigdalectomia (Thornton e Coate, 2012).


27

Num teste in vitro, todos as estirpes de S. aureus isoladas de amigdalite recidivante

foram suscetíveis à clindamicina permitindo erradicar estirpes de S. pyogenes

envolvidas na infeção recidivante (Thornton e Coate, 2012).

Os tratamentos com antibióticos β-lactâmicos como amoxicilina em associação com

ácido clavulânico e cefalosporinas são menos eficazes na erradicação bacteriana pois

estes não penetram na parede celular bacteriana. Contudo, antibióticos tais como

macrólidos, cetolídeos e fluoroquinolonas que apresentam a capacidade de penetrar na

parede bacteriana e se concentrarem dentro da célula apresentam-se como

potencialmente mais eficazes. No entanto um estudo realizado por Courter et al.

observou maior falha na terapêutica quando crianças com OMA foram tratadas com

macrólidos em comparação com as crianças que receberam tratamento com amoxicilina

ou amoxicilina em associação com ácido clavulânico. Esta diferença pode evidenciar a

maior resistência bacteriana aos macrólidos comparativamente aos β-lactâmicos

(Thornton e Coate, 2012).

Outro estudo comparou a associação da amoxicilina com ácido clavulânico

comparativamente com a azitromicina tendo demonstrado maior capacidade terapêutica

para erradicar patogénicos bacterianos na efusão do ouvido médio o que pode refletir as

diferenças nos patogénicos-alvo. Por outro lado, os β-lactâmicos podem ser mais

eficazes no tratamento de bactérias na fase planctónica aguda, enquanto os macrólidos

podem ter um papel importante no sequestro bacteriano intracelular. No entanto, alguns

estudos in vitro sobre a infeção por P. aeruginosa de uma linhagem de célula epitelial

sugerem que as bactérias no interior da célula apresentam um fenótipo de biofilme

tornando-se insensíveis aos efeitos dos antibióticos (Courter et al., 2010).

Os antibióticos macrólidos (azitromicina e similares) podem afetar o transporte

nasofaríngeo de secreções em crianças com OMA reduzindo o estado de portador nasal

da S. pneumoniae e de H influenzae não tipáveis quando comparadas a crianças tratadas

com amoxicilina. A nasofaringe de crianças concentra cerca de 36% dos

microrganismos em estado não cultivável e não é claro se estes estão presentes na

formação de biofilmes ou se permanecem no espaço intracelular De acordo com estes


28

estudos, demonstrou-se que a presença de patogénicos dentro das células sob a forma de

biofilmes é suscetível de tratamento (Morris et al., 2010).

A terapêutica futura poderá envolver tratamentos combinados que incluirão

antimicrobianos capazes de atingir os patogénicos dentro e fora das células,

mecanismos que interferem com a comunicação bacteriana necessária para a formação e

manutenção do biofilme e, novas terapias não tóxicas para a mucosa que rompam

diretamente os biofilmes. Os macrólidos ou as quinolonas podem ser úteis como parte

destas combinações, pois atingem patogénicos intracelulares, inibem o quorum sensing

e reduzem a resposta inflamatória do hospedeiro. No entanto, é recomendada a

monotorização quando da utilização de um tratamento com o objetivo de atacar os

mecanismos, uma vez que a erradicação a menos que completa do biofilme pode

estimular a sua proliferação, aumentar a inflamação da mucosa e a gravidade clínica da

doença (Al-Mutairi e Kilty, 2011).

A presença de biofilmes e de infeção intracelular com otopatógenios conhecidos na

mucosa do ouvido médio de crianças com OMSC permite explicar as diferenças entre o

tratamento com ciprofloxacina tópica e com uma combinação de framicetina,

gramicidina e dexametazona. Num estudo foi demonstrado que a ciprofloxacina é mais

eficaz para o tratamento da OMSC produzida por comunidades bacterianas do que os

aminoglicosídeos tópicos como a framicetina. Estas diferenças refletem a capacidade

das fluoroquinolonas em penetrar facilmente nas células e atingir os agentes

patogénicos sequestrados. Já a ineficácia dos aminoglicosídeos tópicos pode estar

associada à indução de formação de biofilmes, nomeadamente para a P. aeruginosa,

contudo, esta diferenças entre a ciprofloxacina e framicetina não tenha sido observada

em outros estudos. Esta diferença de resultados para os diferentes estudos pode dever-se

ao facto da lavagem do espaço do ouvido médio o que resulta na remoção do biofílme

da superfície da mucosa permitido a penetração e igual ação de ambos os antibióticos

(Leach et al., 2008).

Neste sentido a capacidade dos antibióticos para induzir a formação de biofilme

bacterianos deve ser considerada no tratamento das otites em especial para os processos

crónicos e recidivantes.


29

3.3. Infeções da cavidade oral

A formação e compreensão do biofilme oral é fundamental para a saúde oral uma vez

que as alterações deste sistema e do seu equilíbrio dinâmico com o hospedeiro podem

conduzir a patologias, designadamente, a cárie dentária e a patologia periodontal

(Silveira, 2012).

A cavidade oral pode apresentar mais de 700 espécies de bactérias sendo que metade

pertence ao periodonto, e as restantes habitam outros microambientes, como a língua, as

mucosas lisas e a superfície dental. Na cavidade oral, os microrganismos aderem às

células e aos componentes teciduais do hospedeiro ou outros microrganismos

(coagregação) desenvolvendo biofilmes nos quais a transferência de genes associados à

virulência microbiana e à resistência aos antibióticos é comum e para os quais os

mecanismos de defesa do hospedeiro têm eficácia limitada (Paster et al., 2006).

A adesão inicial do biofilme oral ocorre entre as moléculas da superfície dos

colonizadores primários e, as moléculas de saliva adsorvidas na superfície dentária

(película dentária adquirida). Alguns recetores salivares, como é o caso das proteínas

ricas em prolina e a estaterina, têm epítopos reconhecidos por Streptococci que facilitam

a colonização. A α-amilase, imunoglobulinas, fibronectina e a lactoferrina também

permitem a união às adesinas da superfície dos colonizadores iniciais facilitando a

colonização das bactérias que têm estes compostos (Jenkinson e Lamont, 2005).

É de referir, que algumas moléculas desta película inicial só expõem determinados

domínios se estiverem adsorvidas à superfície, pois os locais disponíveis para ligação

quando as moléculas estão em solução na saliva são diferentes. Inicialmente, a adesão

pode ser conseguida através de vários tipos de ligações, incluindo reconhecimento de

recetores oligossacáridos, reações do tipo lectina, interações do tipo proteína-proteína,

ou ainda ligações iónicas ou hidrofóbicas, conferindo assim uma união bastante firme à

superfície que estão a colonizar (Figura 13) (Jenkinson e Lamont, 2005).


30

Figura 13. Recetores olissacarídeos (Disponível na internet).

Por outro lado, o crescimento do biofilme depende dos colonizadores iniciais. Quando a

cavidade oral é colonizada precocemente pela bactéria Streptococcus sanguis, a

colonização pela espécie Streptococcus mutans ocorre mais tardiamente diminuindo a

cariogénese. Assim sendo, a colonização inicial seleciona os colonizadores secundários.

Geralmente as bactérias colonizadoras da cavidade oral encontram-se localizadas no

espaço extracelular do hospedeiro, contudo, algumas bactérias oportunistas como a P.

gingivalis, a Prevotella intermedia e o Aggregatibacter actinomycetemcomitans podem

invadir as células do hospedeiro instalando-se em locais intracelulares (células

gengivais e da mucosa jugal) (Singh et al., 2011; Arirachakaran et al., 2012).

A cárie dentária (Figura 14) é a patologia infeciosa mais comum da cavidade oral e a

sua patogenicidade está associada ao metabolismo microbiano altamente fermentativo

do grupo mutans como a Streptococcus mutans, a Lactobacillus spp. e quando a dentina

é atingida o agente mais frequente é o Actinomyces spp.


31

Figura 14. Cárie dentária (Disponível na internet).

Na presença de dietas deficitárias em alimentos fibrosos que auxiliam na autolimpeza

da cavidade oral, e ricas na ingestão de hidratos de carbono fermentáveis, a população

destes microrganismos aumenta no biofilme oral desencadeando o processo. Os

estreptococos do grupo mutans têm a capacidade de colonizar precocemente a superfície

dental devido a sintetizarem grandes quantidades de polímeros de carboidratos extra e

intracelulares que estabilizam a adesão bacteriana no biofilme e funcionarem como

fontes de reservas nutritivas tornando-se microrganismos cariogénicos. Já as bactérias

produtoras de ácido láctico, como o Lactobacillus spp. estão associadas ao processo de

dissolução mineral do dente após o início do processo cariogénico. Quando a cárie

atinge a dentina ou quando ultrapassa o esmalte a população microbiana torna-se mais

complexa, estando presentes bactérias com grande atividade proteolítica, como o

Actinomyces spp.. Com o envolvimento dos tubos dentários e do sistema de canais, o

microbioma acidogénico é substituído por microrganismos anaeróbios e proteolíticos

que se mantêm até à fase de necrose da polpa e o envolvimento dos tecidos periapicais

(Gaetti-Jardim Júnior et al., 2010).

Nas periodontopatias como as gengivites e as periodontites após o período de equilíbrio

entre o hospedeiro e o microbioma estabelece-se o quadro inflamatório periodontal com

a seleção de microrganismos anaeróbios Gram-negativos e com um metabolismo não

fermentativo. A retenção do biofilme microbiano à margem gengival origina a alteração

do equilíbrio entre o microbioma e o hospedeiro dando início a uma reação inflamatória


32

que afeta os tecidos de revestimento do periodonto. Microrganismos como o

Actinomyces spp. e a Prevotella intermedia estão associados á patogenicidade da

gengivite (Curtis et al., 2005).

Nas gengivites necrotisantes ou associadas a alterações hormonais e de

imunossupressão, apresentam um microbioma semelhante ao observado na periodontite

avançada contendo Treponema denticola e P. intermedia. A P. intermedia tem a

capacidade de utilizar o estradiol como fonte energética no seu metabolismo para a

cadeia respiratória e, a reposição das condições hormonais permite que a quantidade

destes microrganismos retome ao valor normal e se restitua a saúde periodontal.

(Kornman e Loesche, 1982).

A etiologia da gengivite está associada a diversos microrganismos como o

Aggregatibacter actinomycetemcomitans, o Dialister pneumosintes, o Porphyromonas

gingivalis, a Prevotella intermedia, a P. nigrescens, o Fusobacterium nucleatum, a

Tannerella forsythia e a T. denticola por vezes associados a outros microrganismos

Gram-negativos e Gram-positivos, principalmente, anaeróbios estritos (Ledder et al.,

2007) originando perda de inserção gengival e inflamação, estabelecendo complexas

interações ecológicas entre si, modulando a resposta imunológica e o resultado do

tratamento instituído (Kolenbrander et al., 2006; Jervoe-Storm et al., 2007).

Sendo as doenças periodontais infeções mistas e de caráter sinergístico, é difícil

determinar o papel desempenhado por cada uma das espécies em particular.

Assim sendo, é de extrema importância o controle do biofilme bacteriano na prevenção

das doenças da cavidade oral, uma vez que este é o agente etiológico primário de

diversas doenças. O controlo do biofilme de bactérias orais pode ser realizado através

da sua remoção e a prevenção de sua recorrência, podendo ser realizado utilizando

meios mecânicos ou químicos. O controlo químico profilático do biofilme é utilizado

em conjunto com o mecânico, no sentido de evitar a acumulação de bactérias,

prevenindo assim o desequilíbrio do microbioma: O controlo profilático químico deve

ter em consideração o tipo de bactérias da cavidade oral pois o seu objetivo não é a


33

eliminação das mesmas, mas, sim, evitar o desequilíbrio promotor da doença (Vieira,

2005).

A Terapia Fotodinâmica Antimicrobiana (TFDA) é uma alterativa ao tratamento

clássico, promovendo a morte bacteriana por meio da fotossensibilização dos

componentes microbianos. O processo fotodinâmico resulta da ação da luz sob o

fotossensibilizador que na presença do oxigénio origina a destruição da célula alvo. A

TFDA antimicrobiana encontra-se bem documentada principalmente nos casos de

infeções localizadas e de pouca profundidade. Por outro lado os estudos sugerem que as

bactérias orais são suscetíveis a ação da terapia fotodinâmica antimicrobiana quando

suspensas em culturas planctónicas (Pereira, 2011).

3.4. Cancro oral

A associação do biofilmes orais e o desenvolvimento de cancro oral (Figura 15) ainda

não foi totalmente esclarecido, no entanto, diversas espécies de bactérias orais têm sido

implicadas em doenças malignas e designadamente inflamações causadas por infeções.

Os microrganismos orais, influenciam as citocinas e outros mediadores inflamatórios

que afetam as vias metabólicas envolvidos nos processos carcinogénicos. Por exemplo,

o RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) está associado a respostas pró-

inflamatórias e foi considerado um recetor que influencia a carcinogénese resultantes de

infeções por via oral (Meurman, 2010).

Foram realizados diversos estudos que visam compreender a fisiopatologia e os

mecanismos moleculares envolvidos no cancro. Estudos, in vitro, utilizando o teste de

Salmonella demonstram a associação entre a placa bacteriana e o número de cáries com

a atividade genotóxica da saliva. Os microrganismos do biofilme oral podem interagir

mutagenicamente com a saliva e atuar como cofatores na carcinogénese. Por outro lado,

as populações microbianas da mucosa da boca são diferentes nas zonas saudáveis e nas

zonas malignas. Por exemplo, o Streptococcus anginosus e a Treponema denticola estão

associados a carcinomas do trato gastrointestinal superior, a Capnocytophaga


34

gingivalis, a Prevotella melaninogenica e o Streptococcus mitis apresentam uma maior

população em amostras de pacientes com carcinomas de células escamosas e a infeção

por S. anginosus pode estar associada à carcinogénese da cabeça e do pescoço

(Meurman, 2010).

Figura 15. Cancro oral (Disponível na internet).

O cancro da cavidade oral desenvolve-se através de uma acumulação de alterações

genéticas que controlam o crescimento celular, a diferenciação, a proliferação e o

processo de metastização. Os mecanismos moleculares subjacentes a esta doença ainda

não estão claros (Scully, 2002). Fenómenos como crescimento, apoptose, proliferação

celular descontrolada, angiogénese, invasão de tecidos e metástase levam ao

desenvolvimento de cancro (Raju e Ibrahim, 2011).

3.5. Rinossinusite

Em 2004 foram descritivos os biofilmes em doentes com rinossinusite crónica através

de microscopia eletrónica de varredura (MEV) (Figura 16). Nesse mesmo ano outro

trabalho avaliou a presença de biofilmes em sondas posicionadas no recesso do seio

frontal removidas no pós-operatório de doentes com rinossinusite crónica. Verificou-se


35

que todas as sondas apresentaram estruturas morfológicas compatíveis com biofilmes

bacterianos.

Figura 16. Biofilme associado à rinossinusite (Disponível na internet).

Outro estudo demonstrou que a incidência de biofilmes em doentes com rinossinusite

crónica (RSC) é de 80% (24/30) quando observados em biópsia de mucosa. Nenhum

dos 4 indivíduos saudáveis seriados como controlo apresentou achados positivos

(Sanclement et al., 2005).

Em crianças com RSC e apneia obstrutiva do sono, observou-se a presença de biofilmes

em 94,9% da superfície das adenoides e apenas 1,9% na superfície das adenoides nos

casos de crianças que só apenas sofriam de apneia obstrutiva do sono. Os autores

sugeriram que a presença de biofilmes na nasofaringe de crianças com rinossinusite

crónica funciona como reservatório de bactérias resistente ao tratamento clínico. A

eliminação do biofilme através da adenoidectomia pode explicar a melhora do quadro

clínico nesta população de doentes (Zuliani et al., 2006).

Em outro estudo 14 dos 18 doentes com rinossinusite crónica por microscopia confocal

de varredura a laser (MCVL) demonstraram a presença de biofilmes bacterianos nas

quais algumas amostras apresentaram marcação polimicrobiana. No entanto, 2 das 5


36

amostras controlo apresentaram marcação positiva compatível com biofilmes nos

doentes com rinossinusite crónica. Apesar destes serem significativamente menores em

tamanho, estes autores sugerem ser apenas simples colonizadores. (Sanderson et al.,

2006; Psaltis et al., 2007). Por outro lado, 44,7% dos doentes com RSC (17/38)

apresentaram achados compatíveis com biofilmes em biópsias da mucosa e os controlos

não apresentaram positividade (Psaltis et al., 2007).

Além destas evidências destes estudos um outro estudo in vitro utilizando o ensaio

modificado de biofilme de Calgary em mucosa nasossinusal, demonstrou que 28,6%

das amostras obtidas de doentes com RSC apresentavam a formação de biofilmes

(Prince et al., 2008).

Apesar dos resultados obtidos para os diferentes estudos relativos à presença de

biofilmes na mucosa nasossinusal de doentes com RSC ainda existem muitas dúvidas

acerca do papel destes na fisiopatologia desta doença.

Contudo, dois estudos demonstram um possível efeito deletério dos biofilmes na

evolução de doentes com RSC. Segundo estes estudos os doentes com estirpes de

Staphylococcus aureus e de Pseudomonas aeruginosa com capacidade de formarem

biofilmes in vitro apresentam uma evolução desfavorável no pós-operatório de

rinossinusite crónica e da polipose nasossinusal (Bendouah et al., 2006) e a presença de

biofilmes na mucosa de doentes com RSC também estão associados a um agravamento

dos sintomas e a uma inflamação mais intensa na mucosa nasal durante a evolução pós-

operatória (Psaltis et al., 2008).

A terapia antibacteriana oral geralmente é ineficaz no tratamento da rinossinusite

crónica apesar da elevada taxa de sucesso dos antibióticos no tratamento da sinusite

bacteriana aguda. A presença dos biofilmes têm sido apontados como sendo os

responsáveis pela falência da terapia antacteriana para a rinossinusite. Na rinossinusite

aguda é possível controlar a infeção porque as bactérias existem no estado

planctónico/livre, já no caso da rinossinusite crónica, a organização das bactérias

confere-lhes uma maior resistência aos antibióticos (Castro, 2010).


37

A concentração inibitória mínima (CIM) para uma bactéria planctónica é ineficaz

quando essa mesma bacteriana está presente num biofilme. As bactérias presentes nos

biofilmes resistem a doses de antibióticos em cerca de 1000 vezes mais que na forma

planctónica. O aumento da concentração do antibiótico para além da CIM pode diminui

a capacidade de resistência, no entanto, as elevadas concentrações séricas de antibiótico

aumentam o risco de toxicidade (Castro, 2010).

Um outro grupo de doenças genéticas comummente associada à RSC é a designada

doença ciliar primária (DCP), que se caracteriza por anomalias na estrutura ciliar

resultando no mau funcionamento dos cílios e, que variam desde a aplasia ciliar

completa até aos defeitos de orientação ciliar. A DPC inclui diversas patologias tais

como: o síndrome de Kartagener, a síndrome dos cílios imóveis, a dismotilidade ciliar e

o defeitos de orientação ciliar primária (Meeks e Bush, 2000). Os cílios desempenham

um papel importante na clearence dos seios perinasais e na prevenção de inflamação

crónica. Os doentes com discinésia ciliar primária e síndrome de Kartagener

apresentam elevada prevalência de rinossinusite crónica associada a infeções

respiratórias de repetição. Os cílios destes doentes são incapazes de transportar o muco

viscoso, causando disfunção ciliar e consequentemente rinossinusite crónica (Castro,

2010).

É precisamente nos locais de deficiente drenagem, arejamento e clearance mucociliar

que ocorre a inflamação nos doentes com rinossinusite crónica. Na maioria dos doentes

é também possível isolar agentes infeciosos, nomeadamente microrganismos mais

bactérias aeróbias (86%), nomeadamente Staphylococcus aureus (36%), Staphylococcus

coagulase-negativos (20%), Streptococcus pneumoniae (17%) que podem

desenvolverem-se em biofilmes. Os agentes anaeróbios são mais prevalentes em

infeções secundárias como as infeções dentárias (Castro, 2010; Lund, 2008). No

entanto, a cronicidade as bactérias aeróbias é gradualmente substituídas por bactérias

anaeróbias resultante da pressão seletiva que favorece o crescimento dos anaeróbios

resultante redução da diminuição de oxigénio e pela acidificação no interior dos seios

perinasais. Pode ser detetada uma colonização polimicrobiana, incluindo fungos,

contudo a contribuição dos diferentes agentes patológicos na patogénese da doença

ainda é desconhecida (Castro, 2010; Fokkens et al., 2007).


38

3.6. Fibrose cística

A fibrose cística (FC) é uma doença genética irreversível, com expressão nas vias

aéreas superiores, causando alterações patológicas nos seios paranasais, a prevalência

de infeções nestes doentes levou-me a fazer referência aos biofilmes. A fibrose cística

(FC) (Figura 17) é uma patologia que afeta a função normal de diversos órgãos do corpo

humano, contudo é a disfunção pulmonar que desempenha papel principal na morbidade

e mortalidade destes doentes (Lutz et al., 2011).

Figura 17. Fibrose cística (Disponível na internet).

Apesar do pulmão de um doente com FC ser histologicamente normal os infiltrados

respiratórios são observados durante o período neonatal. Com o crescimento o ambiente

das vias aéreas torna-se favorável à colonização bacteriana e a uma elevada

percentagem de doentes desenvolverem doença pulmonar supurativa, obstrutiva e

progressiva que em geral é responsável pela morte desses doentes (Lutz et al., 2011).

Assim sendo o tratamento do doente fibrocístico baseia-se na manutenção da função

pulmonar (Lutz et al., 2011).


39

As bactérias na infeção respiratória em doentes com FC desenvolvem-se e colonizam o

tecido pulmonar na forma de biofilmes. Apesar da grande variedade de espécies

microbianas presentes nos biofilmes das secreções respiratórias de doentes com FC,

apenas algumas destas têm um papel fundamental na colonização/infeção das vias

aéreas destes doentes. Na fibrose cística estão presentes um conjunto de bactérias que

são frequentemente adquiridas com a idade (Figura 18) (Lutz et al., 2011).

Figura 18. Distribuição de espécies bacterianas das vias respiratórias em função da

idade (Lutz et al., 2011).

Nas crianças, as colonizações mais comuns são por agentes patogénicos como o

Staphylococcus aureus, o Haemophilus influenzae e o Streptococcus pneumoniae. Por

volta dos 11 anos aparecem os patogénicos oportunistas como a Pseudomonas

aeruginosa, que geralmente coexiste com o S. aureus. Cerca de 80% dos adultos

fibrocísticos são infetados por P. aeruginosa que após colonização crónica a sua

erradicação torna-se difícil. As bactérias do complexo B. cepacia (CBC) são também

patogénicos clássicos nesta doença. Também a infeções viral tem sido associada à

patogénese da doença pulmonar por FC, bem como patogénicos emergentes como a

Stenotrophomonas maltophilia, o Achromobacter xylosoxidans e as micobactérias em

especial as micobactérias não tuberculosas (Lutz et al., 2011).


40

O uso de ciclos repetidos de antibióticos bem como a utilização de novas metodologias

de diagnóstico microbiológico tem contribuído para maior sobrevivência dos doentes

fibrocísticos (Lutz et al., 2011).

No entanto, a utilização frequente de antibióticos promove o aumento da resistência

bacteriana sendo que S. aureus resistentes à meticilina (MRSA), e P. aeruginosa

resistentes aos carbapenemos são frequentes em doentes com FC. Neste sentido é

necessário a realização de testes seguros de suscetibilidade aos antibióticos aplicados às

particularidades da infeção respiratória (como o teste em biofilme) no sentido de

fornecer informações mais precisas para o tratamento (Lutz et al., 2011).

3.7. Biofilmes e cateteres

A infeção é a complicação mais grave associada à utilização de cateteres e ocorre em

aproximadamente 19% dos doentes, sendo que 7% das infeções são locais. 12% dos

casos de bacterémia estão associados ao cateter (Caramori et al.,2002). Tendo em vista

que no tratamento de algumas das infeções do trato respiratório superior referidas

anteriormente os doentes podem em determinado momento necessitar de colocar

cateteres vai ser dada uma panorâmica geral da importância dos biofilmes no

cateterismo.

A aderência de microrganismos à superfície de biomateriais desempenha um importante

papel para o desenvolvimento de infeções associadas ao cateterismo, venoso, arterial

ou urinário. A produção de substância extracelular polissacarídica natural, biofilme

(slime), à superfície dos materiais que entram na constituição dos cateteres permite que

as células bacterianas se aglomerem em multicamadas tornando-se menos acessíveis ao

sistema de defesa do organismo e aos antimicrobianos (de Oliveira, 2011).

A patogénese da infeção associada ao cateterismo ocorre devido à migração dos

microrganismos da pele no local de inserção cutânea do cateter e, com a colonização da


41

ponta do cateter, sendo esta a via mais comum de infeção para os cateteres inseridos

perifericamente e para os cateteres de curta permanência (Costerton e Stewart, 2000).

Os cateteres venosos centrais são utilizados para a administração de fluidos

intravenosos, produtos sanguíneos, medicamentos, nutrição parenteral e monitorização

do estado hemodinâmico de doentes em estado crítico (Polderman e Girbes, 2002). A

infeção relacionada ao cateter venoso resulta da formação do biofilmes e a maioria dos

microrganismos envolvidos na colonização deste não são virulentos na forma

planctónica, mas podem causar infeção persistente, quando agrupados no biofilme

(Rimondini et al., 2005).

A contaminação através do hub do cateter contribui para a colonização do lúmen interno

dos cateteres de longa permanência (Costerton e Stewart, 2000). Ocasionalmente, os

cateteres venosos podem ser contaminados por disseminação hematogênica devido a um

outro foco de infeção (O’Grady, 2002).

Os estudos de microscópia eletrónica de transmissão e varredura mostraram que a

maioria dos cateteres venosos centrais inseridos estão colonizados por microrganismos

associados a uma matriz de biofilme (Storti, 2006). Os microrganismos do biofilme

mais comummente isolados de cateteres venosos são os Staphylococcus epidermidis,

Staphylococcus aureus, Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella

pneumoniae e Enterococcus faecalis (Donlan et al., 2001). A colonização do cateter

venoso pode verificar-se ao final de 24 horas de acordo com o biofilme condicionante

produzido pelo hospedeiro (plaquetas, plasma e proteínas tissulares (Figura 19) (Donlan

et al., 2001). Nos cateteres de longa permanência (permanência superior a 30 dias) o

biofilme forma-se na superfície interna do cateter, já nos cateteres de curta permanência

(permanência inferior a 10 dias) o biofilme forma-se predominantemente na superfície

externa (Storti, 2006).


42

Figura 19. Biofilme colonização no cateter venoso após 24 horas de inserção (CDE).

Segundo Costerton et al. as formas sésseis das bactérias nos biofilmes podem aumentar

a quantidade de bactérias planctónicas que poderão abandonar o biofilme e dispersarem-

se para o meio ambiente. Entre as espécies bacterianas capazes de formar biofilmes em

cateteres venosos encontramos o Staphylococcus epidermidis, que tem baixo poder

patogênico no contexto da pneumonia nosocomial, as Pseudomonas aeruginosa e o

Streptococcus pneumoniae que são agentes patogénicos pulmonares hospitalares que

apresentam elevado potencial de agregação aos biofilmes. Os mesmos autores

estudaram os passos necessários para o desenvolvimento dos biofilmes de Pseudomonas

aeruginosa sugerindo que os flagelos são fundamentais para a aderência inicial da P.

aeruginosa ao cateter durante o primeiro passo da formação do biofilme e o pili IV, e a

motilidade twitching (por contração) da bactéria permitem a formação de microcolónias

(Costerton et al., 1999). Contudo, os estudos também demostraram que estirpes de P.

aeruginosa incapazes de formar as microcolónias iniciais não formavam biofilmes

maduros sobre superfície de policloreto de vinilo (PVC) (O’Toole e Kolter, 1998;

Storti, 2006).

As principais bactérias e fungos associados às infeções por cateteres nos doentes

hemodialisados são: S. aureus, S. epidermidis, P. aeruginosa e o fungo C. albicans

(Storti, 2006).

Um estudo relativo à sensibilidade aos agentes antimicrobianos em biofilmes de

cateteres venosos verificou que 37 estirpes de Staphylococcus aureus eram 100,0%


43

sensíveis à teicoplanina e à vancomicina e, 13,5% a 37,8% pouco sensíveis à

rifampicina. Em relação à resistência 37 estirpes eram resistentes a 100,0% à

gentamicina, ao cloranfenicol, à ciprofloxacina, à levofloxacina, à clindamicina, à

eritromicina, à oxacilina, à penicilina G, ao sulfazotrim, à tetraciclina e 48,7% à

rifampicina (Storti, 2006).

Relativamente à cateterização urinária nas últimas décadas os estudos de aderência e

crescimento de bactérias na superfície interna do cateter, contribuíram para uma melhor

compreensão da patogénese das infeções do trato urinário associadas aos cateteres de

alguma permanência. (Simões et al., 2007).

No Estudo Nacional de Prevalência de 2009 a infeção urinária foi a infeção nosocomial

mais frequente (24%) estimando-se que cerca de 80 % destes episódios se relacione

com a cateterização vesical e, que por cada dia de algaliação o risco de infeção aumenta

em 3 % a 10 %, aproximando-se dos 100 % ao fim de 30 dias (Simões et al., 2007).

Existem duas populações de microrganismos no trato urinário cateterizado: a que cresce

na urina e a que cresce à superfície do cateter (biofilme) (Simões et al., 2007). O acesso

dos microrganismos às vias urinárias pode ocorrer por via extraluminal através da

migração de microrganismos ao longo da face externa do cateter urinário, através do

meato ao longo da uretra, ou por via intraluminal através da superfície interna do cateter

vesical, quer pela utilização de equipamento contaminado quer pela perda da

esterilização nas zonas de conexão (Pina et al., 2010).

Segundo um estudo de Simões et al. os agentes etiológicos mais frequentes no biofilme

de cateteres de permanência são a E. coli (29,1%) e a Klebsiella spp. (29,1%). Outros

autores sugerem que algumas estirpes, como Proteus e a Pseudomonas, apresentam

tendência a se desenvolverem em biofilmes. Assim, se o cateter obstruir, é fundamental

o reconhecimento dessas bactérias, pois os resultados obtidos em cultura podem não

refletir uma bacteriúria verdadeira e, consequentemente ocorrer falha no tratamento,

resultante da persistência dos microrganismos aderentes ao biofilme do cateter (Simões

et al., 2007).


44

Relativamente à sensibilidade/resistência aos antibióticos da E. coli associada ao

cateterismo urinário, verificou-se que 62,5% das estirpes de E. coli apresentaram

resistência á ampicilina e ao sulfametoxazol/trimetoprim e, eram 100% sensíveis às

cefalosporinas de largo espectro, enquanto as estirpes de Klebsiella spp., na sua maioria

apresentaram 100% de resistência ao sulfametoxazol/trimetoprim e 85,6% às

fluoroquinolonas, sendo que 42,8% dessas estirpes produziram enterobactérias

produtoras de β-lactamase de largo espectro (Simões et al., 2007).

De referir que cerca de 80% das bactérias Gram-negativas são responsáveis pela infeção

do trato urinário em ambiente hospitalar, sendo que a E.coli é o agente etiológico mais

comum e, entre as complicações mais frequentes destacam-se a cistite, a pielonefrite, a

bacteriémia secundária/sépsis e a prostatite (Simões et al., 2007).

Com o objetivo de minimizar ou erradicar os biofilmes microbianos em cateteres, têm

sido desenvolvidos diversos estudos nesta área na tentativa de reduzir os altos índices de

morbidade e mortalidade associadas à contaminação através destes dispositivos

médicos. A técnica de lock-terapia ou selo-terapia, na qual se utilizam compostos

químicos com ação antimicrobiana e antibióticos no preenchimento do cateter tem sido

amplamente estudada. A selo-terapia consiste na instilação de um antibiótico ou

antimicrobiano, com ou sem anticoagulante, apenas no lúmen de cateter, numa

concentração 100 a 1.000 vezes superior à Concentração Inibitória Mínima usada

habitualmente para terapia sistêmica.

O tratamento da bacteremia associada ao cateter pode ser efetuado com locks, com

antibioticoterapia e com a remoção do cateter (Raad et al.,2007). Quando o cateterismo

é de longa permanência, deve-se tentar a recuperação do cateter, contudo, sem colocar

em risco a saúde do doente.

Segundo Poole et al. a utilização de cateteres de hemodiálise com locks de vancomicina

ou ceftazidima associada a heparina, estão associados a um certo grau de sucesso no

tratamento dos doentes com bacteremia relacionada com o cateter, dependente do

microrganismo, e na ordem dos 87% para bactérias Gram-negativas, 75% para

Staphylococcus coagulase negativo e de 40% para Staphylococcus aureus (Poole et


45

al.,2004). No entanto, para Maya et al. a utilização de antibióticos sistémicos e em locks

foram capazes de salvar os cateteres infetados por Staphylococcus aureus em apenas

41% dos casos (Maya et al., 2007). Já Raad et al., sugerem que doentes com bacteremia

por Staphylococcus aureus associada ao cateterismo, devem ser tratados com a remoção

do cateter e posterior com antibioticoterapia endovenosa por um período de10-14 dias.

Se após os 3 dias do início do tratamento se verificar a permanência de febre ou cultura

for positiva é indicativo de possíveis complicações como endocardite ou osteomielite

(Raad et al., 1992; de Oliveira, 2011)

Relativamente ao tipo de material utilizado no fabrico dos cateteres, verificou-se que os

cateteres de politetrafluoretileno (PTFE) ou poliuretano estão associados a

complicações infeciosas de menor gravidade do que os cateteres feitos de cloreto de poli

vinil ou de polietileno (da Silva, 2013).

Embora as agulhas de aço tenham apresentado igual taxa de complicações infeciosas

que os cateteres de (PTFE), é necessário avaliar as complicações geradas pelo uso

destas, nos casos de infiltração de fluidos endovenosos em tecidos subcutâneos,

principalmente associadas a drogas vesicantes (da Silva, 2013).

Assim sendo, para se evitarem os riscos associados às infeções decorrentes do uso de

cateteres, devem-se adotar medidas preventivas, tais como a utilização de técnica

asséptica e determinados protocolos de manuseamento dos cateteres, e medidas

farmacológicas, tais como o uso antibióticos tópicos e locks do cateter com a colocação

de antibióticos no lúmen (da Silva, 2013).


46

4. O Desafio para a indústria farmacêutica

Nos últimos anos, a comunidade científica foi alertada para a necessidade acrescida de

desenvolver medicamentos antibacterianos para a resolução dos problemas associados à

resistência aos antibióticos. Apesar de diversas pesquisas com o objetivo de descobrir

novos fármacos antimicrobianos ou de novas modificações moleculares dos fármacos

disponíveis no mercado, ainda não há garantias que as atuais pesquisas possam a longo

prazo reduzir ou até eliminar a resistência microbiana.

Apesar desses esforços, ainda existe uma escassez no desenvolvimento de novos

agentes antimicrobianos que apresentem um mecanismo de ação ou um novo alvo

terapêutico de interesse contra bactérias multirresistentes, principalmente para bactérias

Gram-negativas multirresistentes. Por outro lado, as indústrias farmacêuticas preferem

desenvolver antibióticos de origem microbiana, dos quais existem diversos exemplos de

serem altamente eficazes e que podem ser rapidamente comercializados tornando-se

economicamente viáveis e de rápida recuperação do investimento. Contudo estes

fármacos apresentam a desvantagem do desenvolvimento de resistência bacteriana num

curto espaço de tempo.

A descoberta de um novo fármaco requer um longo trabalho árduo e dispendioso em

termos de investimento de pessoal e económico. Anualmente, a indústria farmacêutica

investe cerca de 40 bilhões de euros em pesquisas para o desenvolvimento de novos

medicamentos, representando mais de 20% da sua faturação. Comparando com outros

setores da economia a indústria farmacêutica despende mais 10% da sua faturação em

relação aos outros setores.

Os estudos em novos materiais para dispositivos médicos que diminuam a adesão

bacteriana e a formação de biofilmes é outro dos desafios da indústria. Devido à

natureza geralmente hidrofóbica dessas superfícies microbianas, uma das estratégias no

combate à aderência das células é o desenvolvimento de revestimentos a base de

polímeros hidrofílicos e de superfícies antiadesivas com alterações físicas, químicas e


47

topográficas e de compostos que inibam a produção de adesinas bacterianas (Fernandes,

2007).

Os cateteres podem ser feitos de vários materiais, contendo um ou mais lumens, ser

impregnados com antimicrobianos, antissépticos ou heparina capazes de evitar ou

reduzir a proliferação de microrganismos. Estudos atuais mostram que novas estratégias

estão a ser desenvolvidas no fabrico dos cateteres, tais como: modificação da superfície

do cateter com moléculas hidratadas e propriedades antiaderentes, cateteres revestidos

de antibióticos, balonetes impregnados com prata, cateteres com heparina e cateteres

impregnados com sulfadiazina de prata, impregnados com antibióticos intra e extra-

lúmens tais como a minociclina e a rifampicina (Fernandes, 2007).

As pesquisas têm-se centrado em dois grandes grupos: as pesquisas científicas e as

pesquisas tecnológicas. As pesquisas científicas procuram novos compostos, sejam eles

sintéticos, vegetais ou animais, as pesquizas tecnológicas procuram melhorias na

farmacocinética dos fármacos (administração, absorção, tempo de semivida) e

farmacodinâmica (novos recetores menos suscetíveis a resistências).


48

Conclusão

Os biofilmes são complexos ecossistemas microbianos que podem ser formados por

populações desenvolvidas a partir de uma única espécie, ou de múltiplas espécies,

podendo ser encontrados em uma variedade de superfícies bióticas e/ou abióticas.

Os biofilmes são constituídos por uma flora microbiana mista de grande diversidade

microbiana e, são responsáveis por doenças do trato respiratório superior como a

rinossinusite, as patologias da cavidade oral, a fibrose cística, entre outras. Também

podem ocorrer como devido à implantação não cirúrgica de dispositivos médicos em

regiões anatómicas que possuam uma flora microbiana mista.

Os antibióticos podem eliminar os sintomas da infeção provocada pelos biofilmes mas

não o próprio biofilme, levando ao aparecimento de infeções recorrentes

As alterações dos hábitos e das condições de vida da população aumentaram o número e

o tipo de doenças infeciosas crónicas relacionadas à produção de biofilmes microbianos.

Considerando a crescente capacidade de adaptação que estes microrganismos

apresentam e os seus correspondentes mecanismos de adaptação/sobrevivência, é de

extrema importância a pesquisa científica nesta área, especialmente os estudos relativos

ao desenvolvimento de resistência a antimicrobianos através da formação de biofilme,

uma vez que os tratamentos atualmente disponíveis são ineficazes na erradicação da

totalidade dos patogénicos.

As infeções bacterianas associadas à formação de biofilmes correspondem a mais de

80% dos casos em todo o mundo, neste sentido a medicina moderna tem direcionado os

esforços para solucionar a propagação destas infeções bacterianas. Por outro lado, estas

infeções têm sido associadas ao aumento da resistência a diferentes antibióticos, o que

aumenta os custos com medicamentos e aumenta a morbimortalidade dos doentes. O


49

sucesso das terapias para estes quadros clínicos necessita de tratamentos com altas

doses de antibióticos e por períodos prolongados.

Os biofilmes bacterianos e as infeções intracelulares têm um papel fundamental nas

diversas infeções crónicas do trato respiratório superior. Atualmente, a remoção

mecânica dos biofílmes, a remoção do órgão (adenoidectomia, amigdalectomia) ou a

terapia específica com antibióticos são as opções atuais de tratamento no caso de

infeções respiratórias altas.

Atualmente a formação de biofilmes microbianos tornou-se um problema de saúde

pública, uma vez que podem ser formados nas superfícies de dispositivos médicos

como: cateteres, lentes de contato, válvulas cardíacas, articulações artificiais e outros

implantes. Cerca de 70% das todas as infeções nosocomiais estão associadas à presença

de biofilmes em dispositivos médicos, o que contribui para o aumento significativo da

morbimortalidade dos doentes. Assim sendo torna-se urgente o desenvolvimento de

revestimentos antimicrobianos para superfícies que evitem as infeções. Neste sentido a

melhoria da textura da superfície e a adsorção de proteínas com propriedades

antiaderentes bem como o uso de lock-terapia ou selo-terapia cada vez mais eficientes,

serão fundamentais na erradicação dos biofilmes. Por outro lado, as estratégias para a

prevenção de infeções associadas a dispositivos invasivos implicam uma atualização

permanente dos profissionais de saúde e da implementação de uma cultura de discussão

e planeamento dos cuidados de saúde.

Os tratamentos futuros com agentes terapêuticos para agentes patogénicos intracelulares

em combinação com novos agentes que destruam os biofilmes poderão estabelecer uma

possibilidade terapêutica mais específica e com maios sucesso na erradicação das

bactérias presentes nos biofilmes e nas células.


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